(57)【要約】  作動ガスの寒冷を蓄冷するヘリウム冷却式の蓄冷器であって、前記作動ガスの流通する温度勾配方向に沿って、蓄冷材としてのヘリウムガスが収容された少なくとも２つの収容空間を有し、第１の収容空間は、高温側の領域に配置され、当該蓄冷器の作動中、圧力がＰ１の蓄冷材を収容し、第２の収容空間は、低温側の領域に配置され、当該蓄冷器の作動中、圧力がＰ２の蓄冷材を収容し、圧力Ｐ１は、圧力Ｐ２よりも大きく、前記第１の収容空間に収容された蓄冷材の圧力がＰ２であった場合、蓄冷材の圧力がＰ１である場合に比べて、蓄冷材の比熱が小さくなり、前記第２の収容空間に収容された蓄冷材の圧力がＰ１であった場合、蓄冷材の圧力がＰ２である場合に比べて、蓄冷材の比熱が小さくなることを特徴とするヘリウム冷却式の蓄冷器。
2011115200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動ガスの寒冷を蓄冷するヘリウム冷却式の蓄冷器であって、
前記作動ガスの流通する温度勾配方向に沿って、蓄冷材としてのヘリウムガスが収容された少なくとも２つの収容空間を有し、
第１の収容空間は、高温側の領域に配置され、当該蓄冷器の作動中、圧力がＰ１の蓄冷材を収容し、
第２の収容空間は、低温側の領域に配置され、当該蓄冷器の作動中、圧力がＰ２の蓄冷材を収容し、圧力Ｐ１は、圧力Ｐ２よりも大きく、
前記第１の収容空間に収容された蓄冷材の圧力がＰ２であった場合、蓄冷材の圧力がＰ１である場合に比べて、蓄冷材の比熱が小さくなり、
前記第２の収容空間に収容された蓄冷材の圧力がＰ１であった場合、蓄冷材の圧力がＰ２である場合に比べて、蓄冷材の比熱が小さくなることを特徴とするヘリウム冷却式の蓄冷器。
【請求項２】
前記第１の収容空間は、当該蓄冷器の作動中、温度ＴＡ〜温度ＴＢ（ＴＡ＜ＴＢ）の範囲にあり、
前記第２の収容空間は、当該蓄冷器の作動中、温度ＴＣ〜温度ＴＤ（ＴＣ＜ＴＤ）の範囲にあり、
温度ＴＤ〜温度ＴＡの範囲において、
前記蓄冷材の圧力がＰ１のときの比熱の温度変化曲線と、前記蓄冷材の圧力がＰ２のときの比熱の温度変化曲線とが交差していることを特徴とする請求項１に記載のヘリウム冷却式の蓄冷器。
【請求項３】
温度ＴＤ＝温度ＴＡであることを特徴とする請求項２に記載のヘリウム冷却式の蓄冷器。
【請求項４】
さらに、蓄冷材としてのヘリウムガスが収容される第３の収容空間を有し、
該第３の収容空間は、前記第１の収容空間と前記第２の収容空間の間の温度領域に配置され、圧力がＰ３の前記蓄冷材を収容し、
圧力Ｐ３は、圧力Ｐ１よりも小さく圧力Ｐ２よりも大きく、
前記第３の収容空間に収容された蓄冷材の圧力がＰ１またはＰ２であった場合、蓄冷材の圧力がＰ３である場合に比べて、蓄冷材の比熱が小さくなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のヘリウム冷却式の蓄冷器。
【請求項５】
前記第１の収容空間は、当該蓄冷器の作動中、温度ＴＡ〜温度ＴＢ（ＴＡ＜ＴＢ）の範囲にあり、
前記第２の収容空間は、当該蓄冷器の作動中、温度ＴＣ〜温度ＴＤ（ＴＣ＜ＴＤ）の範囲にあり、
前記第３の収容空間は、当該蓄冷器の作動中、温度ＴＥ〜温度ＴＦ（ＴＥ＜ＴＦ）の範囲にあり、
温度ＴＥ〜温度ＴＦの範囲において、前記蓄冷材の圧力がＰ１のときの比熱の温度変化曲線と、前記蓄冷材の圧力がＰ２のときの比熱の温度変化曲線とが交差していることを特徴とする請求項４に記載のヘリウム冷却式の蓄冷器。
【請求項６】
温度ＴＦ〜温度ＴＡの範囲において、前記蓄冷材の圧力がＰ１のときの比熱の温度変化曲線と、前記蓄冷材の圧力がＰ３のときの比熱の温度変化曲線とが交差していることを特徴とする請求項５に記載のヘリウム冷却式の蓄冷器。
【請求項７】
温度ＴＤ〜温度ＴＥの範囲において、前記蓄冷材の圧力がＰ２のときの比熱の温度変化曲線と、前記蓄冷材の圧力がＰ３のときの比熱の温度変化曲線とが交差していることを特徴とする請求項５または６に記載のヘリウム冷却式の蓄冷器。
【請求項８】
温度ＴＥ＝温度ＴＤおよび／または温度ＴＡ＝温度ＴＦであることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一つに記載のヘリウム冷却式の蓄冷器。
【請求項９】
前記第１の収容空間は、６Ｋ以上の温度領域に配置され、および／または
前記第２の収容空間は、１０Ｋ以下の温度領域に配置されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一つに記載のヘリウム冷却式の蓄冷器。
【請求項１０】
前記圧力Ｐ１は、０．８ＭＰａ以上、３．５ＭＰａ以下であり、
前記圧力Ｐ２は、０．１ＭＰａ以上、２．２ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一つに記載のヘリウム冷却式の蓄冷器。
【請求項１１】
前記第１の収容空間および／または前記第２の収容空間は、内部にヘリウムガスが充填された複数のカプセルを収容していることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一つに記載のヘリウム冷却式の蓄冷器。
【請求項１２】
前記第１の収容空間および／または前記第２の収容空間は、複数の中空管の内部もしくは外部に形成されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一つに記載のヘリウム冷却式の蓄冷器。
【請求項１３】
前記第１の収容空間は、第１のヘリウム源に接続され、および／または
前記第２の収容空間は、第２のヘリウム源に接続されていることを特徴とする請求項１２に記載のヘリウム冷却式の蓄冷器。
【請求項１４】
作動ガスを蓄冷器を介して膨脹室に供給し、前記作動ガスを前記蓄冷器を介して膨脹室から排気する圧縮機を備えるＧＭ式冷凍機であって、
前記蓄冷器は、請求項１乃至１２のいずれか一つに記載の蓄冷器であることを特徴とするＧＭ式冷凍機。
【請求項１５】
作動ガスを蓄冷器を介して膨脹室に供給し、前記作動ガスを前記蓄冷器を介して膨脹室から排気する圧縮機を備えるＧＭ式冷凍機であって、
前記蓄冷器は、請求項１３に記載の蓄冷器であり、
前記第１および／または第２のヘリウム源は、前記圧縮機であることを特徴とするＧＭ式冷凍機。
【請求項１６】
作動ガスを蓄冷管を介してパルス管に供給し、前記作動ガスを前記蓄冷管を介してパルス管から排気する圧縮機を備えるパルスチューブ冷凍機であって、
前記蓄冷管は、蓄冷器を有し、該蓄冷器は、請求項１乃至１２のいずれか一つに記載の蓄冷器であることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。
【請求項１７】
作動ガスを蓄冷管を介してパルス管に供給し、前記作動ガスを前記蓄冷管を介してパルス管から排気する圧縮機と、前記パルス管に接続されたバッファタンクとを備えるパルスチューブ冷凍機であって、
前記蓄冷管は、蓄冷器を有し、該蓄冷器は、請求項１３に記載の蓄冷器であり、
前記第１のヘリウム源は、前記圧縮機もしくは前記バッファタンクであり、および／または
前記第２のヘリウム源は、前記圧縮機もしくは前記バッファタンクであることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄冷器に関し、特に蓄冷式の冷凍機に使用され得る蓄冷器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ギフォード・マクマホン式（ＧＭ）冷凍機およびパルスチューブ冷凍機等の蓄冷式冷凍機は、１００Ｋ程度の低温から４Ｋ（ケルビン）の極低温までの範囲の寒冷を発生することができ、超電導磁石や検出器等の冷却、クライオポンプ等に用いることができる。【０００３】
例えば、ＧＭ冷凍機では、圧縮機で圧縮されたヘリウムガスのような作動ガスが蓄冷器に導かれ、蓄冷器内の蓄冷材で予冷される。さらに、作動ガスは、膨張室で膨張仕事に相当した寒冷を発生した後、再び蓄冷器を通過し、圧縮機に戻る。この際に、作動ガスは、次に誘導される作動ガスのため、蓄冷器内の蓄冷材を冷やしながら、蓄冷器を通過する。この行程を１サイクルとすることにより、周期的に寒冷が発生される。【０００４】
このような蓄冷式冷凍機において、温度が３０Ｋ未満の極低温を発生させることが必要な場合、前述のような蓄冷器の蓄冷材として、ＨｏＣｕ２等の磁性材料が使用される。【０００５】
また、最近では、ヘリウムガスを蓄冷器の蓄冷材として使用することが検討されている（このような蓄冷器は、ヘリウム冷却式の蓄冷器とも称される）。例えば、特許文献１には、内部にヘリウムガスが充填された多数の熱伝導性カプセルを蓄冷器の蓄冷材として使用することが示されている。【０００６】
図１には、各温度におけるヘリウムガスとＨｏＣｕ２磁性材料の比熱の変化を示す。この図から明らかなように、約１０Ｋ前後の極低温域では、圧力が１．５ＭＰａ程度のヘリウムガスの比熱は、ＨｏＣｕ２磁性材料の比熱を上回る。従って、このような温度域では、ＨｏＣｕ２磁性材料の代わりにヘリウムガスを使用することにより、より効率的な熱交換を行うことが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／０２０１１６３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般的なヘリウム冷却式の蓄冷器では、蓄冷材としてヘリウムガスが使用される。しかしながら、図１からも明らかなように、ヘリウムガスの比熱は、温度に対して変化する。例えば、ヘリウムガスの圧力を１．５ＭＰａと仮定すると、ヘリウムガスの温度が、比熱のピーク値の得られる約９Ｋ近傍から離れるにつれて、ヘリウムガスの比熱は、低下する。これは、ヘリウムガスの温度が所定の範囲からずれた場合、蓄冷器の蓄冷性能が有意に低下することを意味する。【０００９】
従って、蓄冷材の比熱の温度変化の影響を受けにくく、常に安定な蓄冷性能を維持することが可能なヘリウム冷却式の蓄冷器が要望されている。【００１０】
本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、本発明では、従来のヘリウム冷却式の蓄冷器に比べて、より安定に蓄冷性能を維持することの可能なヘリウム冷却式の蓄冷器を提供することを目的とする。またそのような蓄冷器を有する冷凍機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明では、
作動ガスの寒冷を蓄冷するヘリウム冷却式の蓄冷器であって、
前記作動ガスの流通する温度勾配方向に沿って、蓄冷材としてのヘリウムガスが収容された少なくとも２つの収容空間を有し、
第１の収容空間は、高温側の領域に配置され、当該蓄冷器の作動中、圧力がＰ１の蓄冷材を収容し、
第２の収容空間は、低温側の領域に配置され、当該蓄冷器の作動中、圧力がＰ２の蓄冷材を収容し、圧力Ｐ１は、圧力Ｐ２よりも大きく、
前記第１の収容空間に収容された蓄冷材の圧力がＰ２であった場合、蓄冷材の圧力がＰ１である場合に比べて、蓄冷材の比熱が小さくなり、
前記第２の収容空間に収容された蓄冷材の圧力がＰ１であった場合、蓄冷材の圧力がＰ２である場合に比べて、蓄冷材の比熱が小さくなることを特徴とするヘリウム冷却式の蓄冷器が提供される。【００１２】
ここで、本発明による蓄冷器において、前記第１の収容空間は、当該蓄冷器の作動中、温度ＴＡ〜温度ＴＢ（ＴＡ＜ＴＢ）の範囲にあり、
前記第２の収容空間は、当該蓄冷器の作動中、温度ＴＣ〜温度ＴＤ（ＴＣ＜ＴＤ）の範囲にあり、
温度ＴＤ〜温度ＴＡの範囲において、
前記蓄冷材の圧力がＰ１のときの比熱の温度変化曲線と、前記蓄冷材の圧力がＰ２のときの比熱の温度変化曲線とが交差しても良い。【００１３】
また、本発明による蓄冷器において、温度ＴＤ＝温度ＴＡであっても良い。【００１４】
また、本発明による蓄冷器は、さらに、蓄冷材としてのヘリウムガスが収容される第３の収容空間を有し、
該第３の収容空間は、前記第１の収容空間と前記第２の収容空間の間の温度領域に配置され、圧力がＰ３の前記蓄冷材を収容し、
圧力Ｐ３は、圧力Ｐ１よりも小さく圧力Ｐ２よりも大きく、
前記第３の収容空間に収容された蓄冷材の圧力がＰ１またはＰ２であった場合、蓄冷材の圧力がＰ３である場合に比べて、蓄冷材の比熱が小さくなっても良い。【００１５】
また、本発明による蓄冷器において、前記第１の収容空間は、当該蓄冷器の作動中、温度ＴＡ〜温度ＴＢ（ＴＡ＜ＴＢ）の範囲にあり、
前記第２の収容空間は、当該蓄冷器の作動中、温度ＴＣ〜温度ＴＤ（ＴＣ＜ＴＤ）の範囲にあり、
前記第３の収容空間は、当該蓄冷器の作動中、温度ＴＥ〜温度ＴＦ（ＴＥ＜ＴＦ）の範囲にあり、
温度ＴＥ〜温度ＴＦの範囲において、前記蓄冷材の圧力がＰ１のときの比熱の温度変化曲線と、前記蓄冷材の圧力がＰ２のときの比熱の温度変化曲線とが交差しても良い。【００１６】
また、本発明による蓄冷器では、温度ＴＦ〜温度ＴＡの範囲において、前記蓄冷材の圧力がＰ１のときの比熱の温度変化曲線と、前記蓄冷材の圧力がＰ３のときの比熱の温度変化曲線とが交差しても良い。【００１７】
また、本発明による蓄冷器では、温度ＴＤ〜温度ＴＥの範囲において、前記蓄冷材の圧力がＰ２のときの比熱の温度変化曲線と、前記蓄冷材の圧力がＰ３のときの比熱の温度変化曲線とが交差しても良い。【００１８】
また、本発明による蓄冷器において、温度ＴＥ＝温度ＴＤおよび／または温度ＴＡ＝温度ＴＦであっても良い。【００１９】
また、本発明による蓄冷器において、前記第１の収容空間は、６Ｋ以上の温度領域に配置され、および／または
前記第２の収容空間は、１０Ｋ以下の温度領域に配置されても良い。【００２０】
また、本発明による蓄冷器において、前記圧力Ｐ１は、０．８ＭＰａ以上、３．５ＭＰａ以下であり、
前記圧力Ｐ２は、０．１ＭＰａ以上、２．２ＭＰａ以下であっても良い。【００２１】
また、本発明による蓄冷器において、前記第１の収容空間および／または前記第２の収容空間は、内部にヘリウムガスが充填された複数のカプセルを収容しても良い。【００２２】
あるいは、本発明による蓄冷器において、前記第１の収容空間および／または前記第２の収容空間は、複数の中空管の内部もしくは外部に形成されても良い。【００２３】
また、本発明による蓄冷器において、前記第１の収容空間は、第１のヘリウム源に接続され、および／または
前記第２の収容空間は、第２のヘリウム源に接続されても良い。【００２４】
また、本発明では、作動ガスを蓄冷器を介して膨脹室に供給し、前記作動ガスを前記蓄冷器を介して膨脹室から排気する圧縮機を備えるＧＭ式冷凍機であって、
前記蓄冷器は、前述のいずれかの蓄冷器であることを特徴とするＧＭ式冷凍機が提供される。【００２５】
また、本発明では、作動ガスを蓄冷器を介して膨脹室に供給し、前記作動ガスを前記蓄冷器を介して膨脹室から排気する圧縮機を備えるＧＭ式冷凍機であって、
前記蓄冷器は、前述の特徴を有する蓄冷器であり、
前記第１の収容空間は、第１のヘリウム源に接続され、および／または
前記第２の収容空間は、第２のヘリウム源に接続されており、
前記第１および／または第２のヘリウム源は、前記圧縮機であることを特徴とするＧＭ式冷凍機が提供される。【００２６】
さらに、本発明では、作動ガスを蓄冷管を介してパルス管に供給し、前記作動ガスを前記蓄冷管を介してパルス管から排気する圧縮機を備えるパルスチューブ冷凍機であって、
前記蓄冷管は、蓄冷器を有し、該蓄冷器は、前述のいずれかの蓄冷器であることを特徴とするパルスチューブ冷凍機が提供される。【００２７】
また、本発明では、作動ガスを蓄冷管を介してパルス管に供給し、前記作動ガスを前記蓄冷管を介してパルス管から排気する圧縮機と、前記パルス管に接続されたバッファタンクとを備えるパルスチューブ冷凍機であって、
前記蓄冷器は、前述の特徴を有する蓄冷器であり、
前記第１の収容空間は、第１のヘリウム源に接続され、および／または
前記第２の収容空間は、第２のヘリウム源に接続されており、
前記第１のヘリウム源は、前記圧縮機もしくは前記バッファタンクであり、および／または
前記第２のヘリウム源は、前記圧縮機もしくは前記バッファタンクであることを特徴とするパルスチューブ冷凍機が提供される。
【発明の効果】
【００２８】
本発明では、従来のヘリウム冷却式の蓄冷器に比べて、より安定に蓄冷性能を維持することの可能なヘリウム冷却式の蓄冷器を提供することができる。またそのような蓄冷器を有する冷凍機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】各温度におけるヘリウムガスとＨｏＣｕ２磁性材料の比熱の変化を示したグラフである。
【図２】一般的なＧＭ冷凍機の構成を概略的に示した図である。
【図３】従来のヘリウム冷却式の蓄冷器の一例を概略的に示した図である。
【図４】各温度における各圧力のヘリウムガスの比熱の変化を、ＨｏＣｕ２磁性材料の比熱の変化と合わせて示したグラフである。
【図５】本発明によるヘリウム冷却式の蓄冷器の一例を概略的に示した断面図である。
【図６】本発明による蓄冷器において、蓄冷材の圧力を定める際の概念を説明するための図である。
【図７】本発明による蓄冷器において、蓄冷材の圧力を定める際の概念を説明するための図である。
【図８】本発明による蓄冷器において、蓄冷材の圧力を定める際の概念を説明するための図である。
【図９】本発明によるヘリウム冷却式の蓄冷器の別の例を概略的に示した断面図である。
【図１０】蓄冷器２００において、蓄冷材の圧力を定める際の概念を説明するための図である。
【図１１】本発明によるヘリウム冷却式の蓄冷器のさらに別の一例を概略的に示した断面図である。
【図１２】本発明によるヘリウム冷却式の蓄冷器のさらに別の一例を概略的に示した断面図である。
【図１３】本発明によるヘリウム冷却式の蓄冷器のさらに別の一例を概略的に示した断面図である。
【図１４】本発明によるヘリウム冷却式の蓄冷器のさらに別の一例を概略的に示した断面図である。
【図１５】本発明による蓄冷器を有するパルスチューブ冷凍機の一構成例を概略的に示した図である。
【図１６】本発明による蓄冷器を有するパルスチューブ冷凍機の別の構成例を概略的に示した図である。
【図１７】本発明による蓄冷器を有するパルスチューブ冷凍機のさらに別の構成例を概略的に示した図である。
【図１８】本発明による蓄冷器を有するパルスチューブ冷凍機のさらに別の構成例を概略的に示した図である。
【図１９】本発明による蓄冷器を有するＧＭ冷凍機の一構成例を概略的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照して、本発明を説明する。
【００３１】
まず、本発明をより良く理解するため、ヘリウム冷却式の蓄冷器を有する一般的な蓄冷式冷凍機の構成について簡単に説明する。
【００３２】
図２には、蓄冷式冷凍機の一例として、ＧＭ（ギフォード・マクマホン）冷凍機の概略的な構成図を示す。
【００３３】
ＧＭ冷凍機１は、ガス圧縮機３と、冷凍機として機能する２段式のコールドヘッド１０とを有する。コールドヘッド１０は、第１段冷却部１５と、第２段冷却部５０とを有し、これらの冷却部は、フランジ１２に同軸となるように連結されている。
【００３４】
第１段冷却部１５は、中空状の第１段シリンダ２０と、この第１段シリンダ２０内に、軸方向に往復運動可能に設けられた第１段ディスプレーサ２２と、第１段ディスプレーサ２２内に充填された第１段蓄冷器３０と、第１段シリンダ２０の低温端２３ｂ側の内部に設けられ、第１段ディスプレーサ２２の往復運動により容積が変化する第１段膨張室３１と、第１段シリンダ２０の低温端２３ｂ付近に設けられた第１段冷却ステージ３５とを有する。第１段シリンダ２０の内壁と第１段ディスプレーサ２２の外壁との間には、第１段シール３９が設けられている。
【００３５】
第１段シリンダ２０の高温端２３ａには、第１段蓄冷器３０に対してヘリウムガスを流出入させるため、複数の第１段高温側流通路４０−１が設けられている。また、第１段シリンダ２０の低温端２３ｂには、第１段蓄冷器３０および第１段膨張室３１にヘリウムガスを流出入させるため、複数の第１段低温側流通路４０−２が設けられている。
【００３６】
第２段冷却部５０は、第１段冷却部１５と略同様の構成を有し、中空状の第２段シリンダ５１と、第２段シリンダ５１内に軸方向に往復運動可能に設けられた第２段ディスプレーサ５２と、第２段ディスプレーサ５２内に充填された第２段蓄冷器６０と、第２段シリンダ５１の低温端５３ｂの内部に設けられ、第２段ディスプレーサ５２の往復運動により容積が変化する第２段膨張室５５と、第２段シリンダ５１の低温端５３ｂ付近に設けられた第２段冷却ステージ８５とを有する。第２段シリンダ５１の内壁と第２段ディスプレーサ５２の外壁との間には、第２段シール５９が設けられている。第２段シリンダ５１の高温端５３ａには、第１段蓄冷器３０に対してヘリウムガスを流出入させるため、第２段高温側流通路４０−３が設けられている。また、第２段シリンダ５１の低温端５３ｂには、第２段膨張室５５にヘリウムガスを流出入させるため、複数の第２段低温側流通路５４−２が設けられている。
【００３７】
ＧＭ冷凍機１において、ガス圧縮機３からの高圧のヘリウムガスは、バルブ５および配管７を介して、第１段冷却部１５に供給され、また、低圧のヘリウムガスは、第１段冷却部１５から配管７およびバルブ６を介して、ガス圧縮機３に排気される。第１段ディスプレーサ２２および第２段ディスプレーサ５２は、駆動モータ８により、往復運動される。また、これに連動して、バルブ５およびバルブ６の開閉が行われ、ヘリウムガスの吸排気のタイミングが制御される。
【００３８】
第１段シリンダ２０の高温端２３ａは、例えば室温に設定され、低温端２３ｂは、例えば２０Ｋ〜４０Ｋに設定される。第２段シリンダ５１の高温端５３ａは、例えば２０Ｋ〜４０Ｋに設定され、低温端５３ｂは、例えば４Ｋに設定される。
【００３９】
次に、このような構成のＧＭ冷凍機１の動作について、簡単に説明する。
【００４０】
まず、バルブ５が閉、バルブ６が閉の状態で、第１段ディスプレーサ２２および第２段ディスプレーサ５２が、それぞれ、第１段シリンダ２０および第２段シリンダ５１内の下死点にあるとする。
【００４１】
ここで、バルブ５を開状態とし、排気バルブ６を閉状態とすると、ガス圧縮機３から、高圧のヘリウムガスが第１段冷却部１５に流入する。高圧のヘリウムガスは、第１段高温側流通路４０−１から第１段蓄冷器３０に流入し、第１段蓄冷器３０の蓄冷材によって所定の温度まで冷却される。冷却されたヘリウムガスは、第１段低温側流通路４０−２から第１段膨張室３１に流入する。
【００４２】
第１段膨張室３１へ流入した高圧のヘリウムガスの一部は、第２段高温側流通路４０−３から第２段蓄冷器６０に流入する。このヘリウムガスは、第２段蓄冷器６０の蓄冷材によって、さらに低い所定の温度まで冷却され、第２段低温側流通路５４−２から第２段膨張室５５に流入する。これらの結果、第１段膨張室３１および第２段膨張室５５内は、高圧状態となる。
【００４３】
次に、第１段ディスプレーサ２２および第２段ディスプレーサ５２が上死点に移動するとともに、バルブ５が閉じられる。また、バルブ６が開かれる。これにより、第１段膨張室３１および第２段膨張室５５内のヘリウムガスは、高圧の状態から低圧の状態となり、体積が膨張し、第１段膨張室３１および第２段膨張室５５に寒冷が発生する。また、これにより、第１段冷却ステージ３５および第２段冷却ステ−ジ８５がそれぞれ冷却される。
【００４４】
次に、第１段ディスプレーサ２２および第２段ディスプレーサ５２は、下死点に向かって移動される。これに伴い、低圧のヘリウムガスは、上記の逆の順路を通り、第１段蓄冷器３０および第２段蓄冷器６０をそれぞれ冷却しつつ、バルブ６および配管７を介してガス圧縮機３に戻る。その後、バルブ６が閉じられる。
【００４５】
以上の動作を１サイクルとし、上記動作を繰り返すことにより、第１段冷却ステージ３５、第２段冷却ステージ８５において、それぞれに熱接続された冷却対象物（図示されていない）から熱を吸収し、冷却することができる。
【００４６】
ここで、第２段冷却ステージ８５において、例えば、温度が３０Ｋ未満の極低温を形成することが必要な場合、第２段蓄冷器６０の蓄冷材として、ＨｏＣｕ２等の磁性材料が使用される。
【００４７】
また、最近では、ヘリウムガスを蓄冷器の蓄冷材として使用した、いわゆるヘリウム冷却式の蓄冷器を使用することも提案されている。
【００４８】
図３には、図２に示したようなＧＭ冷凍機１の第２段蓄冷器６０として使用される、従来のヘリウム冷却式の蓄冷器６０Ａの構成を示す。
【００４９】
図３に示すように、従来のヘリウム冷却式の蓄冷器６０Ａは、例えば、図２で示した第２段ディスプレーサ５２内の第２段蓄冷器として使用される。
【００５０】
ヘリウム冷却式の蓄冷器６０Ａは、第１の作動ガス流路６８および第２の作動ガス流路６９を有する。第１の作動ガス流路６８は、ＧＭ冷凍機１の第１段膨張室３１側に接続されている。第２の作動ガス流路６９は、ＧＭ冷凍機１の第２段膨張室５５側に接続されている。
【００５１】
ヘリウム冷却式の蓄冷器６０Ａは、多数の金属製カプセル６２を有し、これらのカプセル６２は、略球状の形態を有する。各カプセル６２には、蓄冷材としてのヘリウムガスが充填されている。また、カプセル６２の存在しない領域は、作動ガスが流通する空間６５を構成する。
【００５２】
図１に示すように、通常、ヘリウムガスは、ＨｏＣｕ２等の磁性材料に比べて、１０Ｋ近傍での比熱が大きい。従って、ヘリウムガスを蓄冷材として使用することにより、蓄冷器６０Ａ内の空間６５に流通する作動ガス（ヘリウムガス）をより効率的に冷却させることができる。
【００５３】
しかしながら、図１からも明らかなように、ヘリウムガスの比熱は、温度によって変化するため、ヘリウムガスを蓄冷材として使用した場合、ヘリウムガスの温度変化によって、蓄冷器の蓄冷性能が変化してしまうという問題がある。これは、例えば、蓄冷材がある温度域にある場合は、蓄冷器が良好な蓄冷性能を発揮しても、蓄冷材の温度が変化し、蓄冷材が別の温度域に移行した場合には、蓄冷器に適正な蓄冷性能が得られなくなる可能性があることを意味する。
【００５４】
特に、通常の場合、蓄冷器は、作動ガスの主流方向（図３の上下方向）に沿って温度勾配を有する。しかしながら、このような温度勾配が存在すると、蓄冷材の比熱、さらには蓄冷性能が温度勾配方向に沿って大きく変化してしまうことになり、このため、蓄冷器の平均的な蓄冷性能が低下してしまうという問題が生じる。
【００５５】
これに対して、本発明によるヘリウム冷却式の蓄冷器は、
作動ガスの流通する温度勾配方向に沿って、蓄冷材としてのヘリウムガスが収容された少なくとも２つの収容空間を有し、
第１の収容空間は、高温側の領域に配置され、当該蓄冷器の作動中、圧力がＰ１の蓄冷材を収容し、
第２の収容空間は、低温側の領域に配置され、当該蓄冷器の作動中、圧力がＰ２の蓄冷材を収容し、圧力Ｐ１は、圧力Ｐ２よりも大きく、
前記第１の収容空間に収容された蓄冷材の圧力がＰ２であった場合、蓄冷材の圧力がＰ１である場合に比べて、蓄冷材の比熱が小さくなり、
前記第２の収容空間に収容された蓄冷材の圧力がＰ１であった場合、蓄冷材の圧力がＰ２である場合に比べて、蓄冷材の比熱が小さくなるという特徴を有する。
【００５６】
図４には、各圧力におけるヘリウムガスの比熱の温度変化をＨｏＣｕ２磁性材料の比熱と比較して示す。
【００５７】
この図から明らかなように、ヘリウムガスの比熱の温度変化挙動は、ヘリウムガスの圧力によって変化する。例えば、ヘリウムガスの圧力が０．４ＭＰａの場合、比熱のピークは、約５Ｋの温度で生じる。一方、ヘリウムガスの圧力が０．８ＭＰａ、１．５ＭＰａ、および２．２ＭＰａと増加するにつれ、比熱のピーク温度は、それぞれ、約７Ｋ、９Ｋおよび１０Ｋと変化する。
【００５８】
また、図において、最大の比熱が得られるヘリウムガスの圧力は、
（ｉ）温度が約６Ｋ以下の領域では、約０．４ＭＰａ；
（ｉｉ）温度が約６Ｋ〜約８Ｋの領域では、０．８ＭＰａ；
（ｉｉｉ）温度が約８Ｋ〜約９．５Ｋの領域では、１．５ＭＰａ；
（ｉｖ）温度が約９．５Ｋ以上の領域では、２．２ＭＰａ；
となっており、温度によって変化している。
【００５９】
そこで、本発明では、蓄冷器の各温度領域部位において、設置される蓄冷材の圧力を変化させ、それぞれの部位に、高い比熱を有する圧力のヘリウムガスを配置するようにして、蓄冷器を構成する。これにより、蓄冷材の比熱が温度によって変化してしまい、温度によっては、良好な蓄冷性能が得られなくなると言う問題を、ある程度抑制することが可能となる。また、その結果、蓄冷材の温度に影響されず、全体的に安定な蓄冷性能を維持することが可能な蓄冷器を得ることができる。
【００６０】
以下、本発明について詳しく説明する。
【００６１】
（第１の構成）
図５には、本発明によるヘリウム冷却式の蓄冷器の一例を概略的に示す。
【００６２】
図５に示すように、本発明によるヘリウム冷却式の蓄冷器１００は、一例として、前述のＧＭ冷凍機の第２段ディスプレーサ５２内に設置されている。
【００６３】
本発明による蓄冷器１００は、第１の作動ガス流路１６８と、第２の作動ガス流路１６９を有する。
【００６４】
蓄冷器１００は、その内部に、第１の容器１６５Ａおよび第２の容器１６５Ｂと、これらの容器１６５Ａ、１６５Ｂの存在しない領域に相当する空間部１７５とを備える。
【００６５】
空間部１７５には、第１の作動ガス流路１６８および第２の作動ガス流路１６９を通る作動ガスが流通する。ただし、空間部１７５は、第１の容器１６５Ａおよび第２の容器１６５Ｂの内部との連通が遮断されている。従って、作動ガスは、第１の容器１６５Ａおよび第２の容器１６５Ｂの内部には侵入しない。
【００６６】
第１の容器１６５Ａは、蓄冷器１００の高温側１１０（図５の例では、蓄冷器１００の上側）に設置され、第２の容器１６５Ｂは、蓄冷器１００の低温側１２０（図５の例では、蓄冷器１００の下側）に設置される。
【００６７】
第１の容器１６５Ａの内部には、蓄冷材（ヘリウムガス）１７０Ａが収容されている。第２の容器１６５Ｂの内部には、蓄冷材（ヘリウムガス）１７０Ｂが収容されている。第１の容器１６５Ａ内のヘリウムガス１７０Ａの圧力は、Ｐ１であり、第２の容器１６５Ｂ内のヘリウムガス１７０Ｂの圧力は、Ｐ２であり、Ｐ１＞Ｐ２である。
【００６８】
なお、通常の場合、圧力Ｐ１およびＰ２は、単一の値ではなく、それぞれ、第１の容器１６５Ａおよび第２の容器１６５Ｂの温度幅の範囲で変化する。すなわち、圧力Ｐ１およびＰ２は、ある範囲幅を有する値である。従って、圧力がＰ１＞Ｐ２とは、圧力Ｐ２の最小値が圧力Ｐ１の最小値よりも小さいことを意味することに留意する必要がある。
【００６９】
ここで、蓄冷材１７０Ａの圧力Ｐ１および蓄冷材１７０Ｂの圧力Ｐ２は、それらの蓄冷材の収容される容器１６５Ａ、１６５Ｂが晒される温度域において、ヘリウムガスの比熱が大きくなるような範囲から選定される。
【００７０】
以下、この思想を図６を参照して詳しく説明する。図６には、蓄冷材１７０Ａ、１７０Ｂの圧力Ｐ１、Ｐ２を定める際に考慮される概念を簡単に示す。図６において、横軸は、温度（単位Ｋ）であり、縦軸は、蓄冷材の比熱（単位Ｊ／ｃｃ・Ｋ）である。
【００７１】
まず、第１の容器１６５Ａが、蓄冷器１００内において、温度域Ｔ１となるような部位に配置される場合を考える。ここで、温度域Ｔ１は、最低温度ＴＡおよび最高温度ＴＢを有する。この場合、第１の容器１６５内の蓄冷材１７０Ａの圧力Ｐ１は、温度域Ｔ１において、比熱が最大となるようなヘリウムガス圧力の中から選定される。
【００７２】
ここで、温度域Ｔ１が広くなればなる程、圧力Ｐ１として選定されるヘリウムガス圧力の選択肢は、広くなる。すなわち、「比熱が最大となるようなヘリウムガス圧力」という用語は、単一の圧力を表す概念ではなく、圧力のある範囲を表す概念である。従って、実際には、蓄冷材１７０Ａの圧力Ｐ１として、「比熱が最大となるようなヘリウムガス圧力」の範囲内から、一つのヘリウムガスの圧力を選定すれば良い。
【００７３】
例えば、図６の場合、蓄冷材１７０Ａの圧力Ｐ１は、温度域Ｔ１において、ヘリウムガスの比熱のピークが含まれるような圧力、すなわち、比熱がＦ１に示すような温度変化曲線を示す圧力ＰＡに選定される。
【００７４】
次に、第２の容器１６５Ｂが蓄冷器１００内において、温度域Ｔ２となるような部位に配置される場合を考える。ここで、温度域Ｔ２は、最低温度ＴＣおよび最高温度ＴＤを有する。また、ＴＣ＜ＴＡであり、ＴＤ＜ＴＢである。なお、図６の例では、ＴＡ＝ＴＤと仮定しているが、ＴＡとＴＤの大小関係は、特に限られず、ＴＡ＜ＴＤであっても、ＴＡ＞ＴＤであっても良い。
【００７５】
この場合、第２の容器１６５Ｂ内の蓄冷材１７０Ｂの圧力Ｐ２は、温度域Ｔ２において、比熱が最大となるようなヘリウムガス圧力に選定される。
【００７６】
ここで、温度域Ｔ２が広くなればなる程、圧力Ｐ２として選定されるヘリウムガス圧力の選択肢は、広くなる。すなわち、「比熱が最大となるようなヘリウムガス圧力」という用語は、単一の圧力を表す概念ではなく、圧力のある範囲を表す概念である。従って、実際には、蓄冷材１７０Ｂの圧力Ｐ２として、「比熱が最大となるようなヘリウムガス圧力」の範囲内から、一つのヘリウムガスの圧力を選定すれば良い。
【００７７】
例えば、図６の場合、蓄冷材１７０Ｂの圧力Ｐ２は、温度域Ｔ２において、ヘリウムガスの比熱のピークが含まれるような圧力、すなわち、比熱がＦ２に示すような温度変化曲線を示す圧力ＰＢに選定される。
【００７８】
これにより、第２の容器１６５Ｂ内の蓄冷材として、高い比熱を有し、良好な蓄冷機能を有する圧力のヘリウムガスを選定することができる。
【００７９】
以上の操作によって得られる各容器内の蓄冷材の比熱の温度変化は、図６の太線の部分のようになる。従って、蓄冷器１００の温度変化幅ＴＣ〜ＴＢの全範囲にわたって、良好な蓄熱性能を有する蓄冷材を配置することが可能となる。
【００８０】
ここで、第１の容器１６５Ａの晒される最小温度ＴＡと、第２の容器１６５Ｂが晒される最高温度ＴＤの範囲（すなわち温度ＴＡ〜ＴＤ）を温度範囲ＴＰとしたとき、蓄冷材１７０Ｂの圧力Ｐ２として選定した圧力（例えば圧力ＰＢ）における比熱の温度変化曲線（例えばＦ２）は、蓄冷材１７０Ａの圧力Ｐ１として選定した圧力（例えば圧力ＰＡ）における比熱の温度変化曲線（例えばＦ１）と、温度範囲ＴＰにおいて交差するように選定することが好ましい。これにより、蓄冷材の比熱の温度変化の影響をより確実に抑制することが可能になる。
【００８１】
例えば、図６の例では、圧力ＰＡにおける比熱の温度変化曲線Ｆ１は、温度ＴＡ（ＴＤ）において、圧力ＰＢにおける比熱の温度変化曲線Ｆ２と点Ｃにおいて交差しており、上記条件を満たしている。
【００８２】
この他、第１の容器１６５Ａの温度域Ｔ１と、第２の容器１６５Ｂの温度域Ｔ２とが相互に離れている場合、すなわちＴＤ＜ＴＡとなっている場合は、図７に示すように、蓄冷材１７０Ａの圧力Ｐ１として圧力ＰＡを採用し、蓄冷材１７０Ｂの圧力Ｐ２として圧力ＰＢを採用することにより、両方の容器１６５Ａ、１６５Ｂにおいて、良好な比熱を有する圧力のヘリウムガスを収容することが可能になる（図の太線の部分参照）。
【００８３】
また、第１の容器１６５Ａの温度域Ｔ１と、第２の容器１６５Ｂの温度域Ｔ２とが一部で重なり合っている場合、すなわちＴＤ＞ＴＡとなっている場合は、図８に示すように、蓄冷材１７０Ａの圧力Ｐ１として圧力ＰＡが採用され、蓄冷材１７０Ｂの圧力Ｐ２として圧力ＰＢが採用される。通常の場合、これにより、両方の容器１６５Ａ、１６５Ｂにおいて、良好な比熱を有する圧力のヘリウムガスを収容することが可能になる。
【００８４】
このように構成された蓄冷器１００では、例えば、高圧の作動ガスが第１の作動ガス流路１６８を通って、空間部１７５に導入されると、作動ガスは、第１の容器１６５Ａ内に充填された蓄冷材１７０Ａによって冷却される。さらに、作動ガスは、第２の容器１６５Ｂ内に充填された蓄冷材１７０Ｂによって冷却され、第２の作動ガス流路１６９を通って、蓄冷器１００から排出される。
【００８５】
次に、低圧の作動ガスが第２の作動ガス流路１６９を通って、空間部１７５に導入されると、作動ガスは、第２の容器１６５Ｂ内に充填された蓄冷材１７０Ｂに寒冷を伝達する。これにより、蓄冷材１７０Ｂが冷却される。
【００８６】
ここで、蓄冷材１７０Ｂは、圧力Ｐ２が蓄冷材１７０Ａの圧力Ｐ１よりも低く設定されている。また、蓄冷材１７０Ｂの比熱は、圧力Ｐ１の同温度域での蓄冷材１７０Ａの比熱に比べて大きくなっている（図６〜図８参照）。このため、蓄冷材１７０Ｂは、作動ガスが圧力Ｐ１の蓄冷材１７０Ａと接触する場合に比べて、より効率的に作動ガスの寒冷を蓄熱することができる。
【００８７】
次に、低圧の作動ガスは、第１の容器１６５Ａ内に充填された蓄冷材１７０Ａに寒冷を伝達する。
【００８８】
ここで、蓄冷材１７０Ａは、圧力Ｐ１が蓄冷材１７０Ｂの圧力Ｐ２よりも高く設定されている。また、蓄冷材１７０Ａの比熱は、圧力Ｐ２の同温度域での蓄冷材１７０Ｂの比熱に比べて大きくなっている（図６〜図８参照）。このため、蓄冷材１７０Ａは、作動ガスが圧力Ｐ２の蓄冷材１７０Ｂと接触する場合に比べて、より効率的に作動ガスの寒冷を蓄熱することができる。
【００８９】
その後、低圧の作動ガスは、第１の作動ガス流路１６８を通って、蓄冷器１００から排出される。
【００９０】
このような動作により、本発明による蓄冷器１００では、ヘリウムガスの比熱の温度変化による影響が抑制され、全体的に安定な蓄冷性能を維持することが可能な蓄冷器を得ることができる。
【００９１】
なお、本発明による蓄冷器１００を、図２に示したＧＭ冷凍機１の第２ディスプレーサ５２に設置することを想定した場合、第１の容器１６５Ａは、約６Ｋ以上の温度域に配置し、蓄冷材１７０Ａの圧力Ｐ１を０．８ＭＰａ以上、３．５ＭＰａ以下にすることが好ましく、１．５ＭＰａ以上、２．２ＭＰａ以下にすることがより好ましい。同様に、第２の容器１６５Ｂは、約１０Ｋ以下の温度域に配置し、蓄冷材１７０Ｂの圧力Ｐ２を０．１ＭＰａ以上、２．２ＭＰａ以下にすることが好ましく、０．４ＭＰａ以上、１．５ＭＰａ以下にすることがより好ましい。
【００９２】
（第２の構成）
図９には、本発明によるヘリウム冷却式の蓄冷器の別の一例を概略的に示す。
【００９３】
図９に示すように、蓄冷器２００は、第１の作動ガス流路２６８と、第２の作動ガス流路２６９を有する。
【００９４】
蓄冷器２００は、その内部に、第１の容器２６５Ａ、第２の容器２６５Ｂ、および第３の容器２６５Ｃと、これらの容器２６５Ａ、２６５Ｂ、２６５Ｃの存在しない領域に相当する空間部２７５とを備える。
【００９５】
空間部２７５には、第１の作動ガス流路２６８および第２の作動ガス流路２６９を通る作動ガスが流通する。ただし、空間部２７５は、第１の容器２６５Ａ、第２の容器２６５Ｂ、および第３の容器２６５Ｃの内部との連通が遮断されている。従って、作動ガスは、これらの容器２６５Ａ、２６５Ｂ、２６５Ｃの内部には侵入しない。
【００９６】
第１の容器２６５Ａは、蓄冷器２００の高温側２１０（図９の例では、蓄冷器２００の上段側）に設置され、第２の容器２６５Ｂは、蓄冷器２００の低温側２２０（図９の例では、蓄冷器２００の下段側）に設置される。第３の容器２６５Ｃは、蓄冷器２００の中間温度側２３０（図９の例では、蓄冷器２００の中段側）、すなわち第１の容器２６５Ａと第２の容器２６５Ｂの間に設置される。
【００９７】
第１の容器２６５Ａの内部には、蓄冷材（ヘリウムガス）２７０Ａが収容されている。第２の容器２６５Ｂの内部には、蓄冷材（ヘリウムガス）２７０Ｂが収容されている。第３の容器２６５Ｃの内部には、蓄冷材（ヘリウムガス）２７０Ｃが収容されている。
【００９８】
第１の容器２６５Ａ内のヘリウムガス２７０Ａの圧力は、Ｐ１であり、第２の容器２６５Ｂ内のヘリウムガス２７０Ｂの圧力は、Ｐ２であり、第３の容器２６５Ｃ内のヘリウムガス２７０Ｃの圧力は、Ｐ３であり、Ｐ１＞Ｐ３＞Ｐ２である。
【００９９】
なお、通常の場合、圧力Ｐ１、Ｐ２およびＰ３は、単一の値ではなく、それぞれ、第１の容器２６５Ａ、第２の容器２６５Ｂおよび第３の容器２６５Ｃの温度幅の範囲で変化する。すなわち、圧力Ｐ１、Ｐ２およびＰ３は、ある範囲幅を有する値である。従って、圧力がＰ１＞Ｐ３＞Ｐ２とは、それぞれの圧力の最小値での比較であることに留意する必要がある。
【０１００】
ここで、蓄冷材２７０Ａの圧力Ｐ１、蓄冷材２７０Ｂの圧力Ｐ２、および蓄冷材２７０Ｃの圧力Ｐ３は、それらの蓄冷材の収容される容器２６５Ａ、２６５Ｂ、２６５Ｃが晒される温度域において、ヘリウムガスの比熱が大きくなるような範囲から選定される。
【０１０１】
以下、この思想を図１０を参照して詳しく説明する。図１０には、蓄冷材２７０Ａ、２７０Ｂ、２７０Ｃの圧力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を定める際に考慮される概念を簡単に示す。図１０において、横軸は、温度（単位Ｋ）であり、縦軸は、蓄冷材の比熱（単位Ｊ／ｃｃ・Ｋ）である。
【０１０２】
まず、第１の容器２６５Ａが、蓄冷器２００内において、温度域Ｔ１となるような部位に配置される場合を考える。ここで、温度域Ｔ１は、最低温度ＴＡおよび最高温度ＴＢを有する。この場合、第１の容器２６５内の蓄冷材２７０Ａの圧力Ｐ１は、温度域Ｔ１において、比熱が最大となるようなヘリウムガス圧力の中から選定される。例えば、図１０の場合、蓄冷材２７０Ａの圧力Ｐ１は、温度域Ｔ１において、ヘリウムガスの比熱のピークが含まれるような圧力、すなわち、比熱がＦ１に示すような温度変化曲線を示す圧力ＰＡに選定される。これにより、第１の容器２６５内の蓄冷材２７０Ａとして、高い比熱を有し、良好な蓄冷機能を有する圧力のヘリウムガスを選定することができる。
【０１０３】
次に、第２の容器２６５Ｂが蓄冷器２００内において、温度域Ｔ２となるような部位に配置される場合を考える。ここで、温度域Ｔ２は、最低温度ＴＣおよび最高温度ＴＤを有する。また、ＴＣ＜ＴＡであり、ＴＤ＜ＴＢである。なお、図１０の例では、ＴＤ＜ＴＡと仮定している。
【０１０４】
第２の容器２６５Ｂ内の蓄冷材２７０Ｂの圧力Ｐ２は、温度域Ｔ２において、比熱が最大となるようなヘリウムガス圧力に選定される。例えば、図１０の場合、蓄冷材２７０Ｂの圧力Ｐ２は、温度域Ｔ２において、ヘリウムガスの比熱のピークが含まれるような圧力、すなわち、比熱がＦ２に示すような温度変化曲線を示す圧力ＰＢに選定される。これにより、第２の容器２６５Ｂ内の蓄冷材２７０Ｂとして、高い比熱を有し、良好な蓄冷機能を有する圧力のヘリウムガスを選定することができる。
【０１０５】
次に、第３の容器２６５Ｃが蓄冷器２００内において、温度域Ｔ３となるような部位に配置される場合を考える。ここで、温度域Ｔ３は、最低温度ＴＥおよび最高温度ＴＦを有する。ＴＥ＜ＴＡであり、ＴＦ＜ＴＢである。また、ＴＥ＞ＴＣであり、ＴＦ＞ＴＤである。なお、図１０の例では、ＴＥ＝ＴＤおよびＴＦ＝ＴＡであると仮定しているが、ＴＤとＴＥの大小関係、およびＴＦとＴＡの大小関係は、特に限られない。例えば、ＴＥ＜ＴＤであっても良く、ＴＦ＞ＴＡであっても良い。
【０１０６】
第３の容器２６５Ｃ内の蓄冷材２７０Ｃの圧力Ｐ３は、温度域Ｔ３において、比熱が最大となるようなヘリウムガス圧力に選定される。例えば、図１０の場合、蓄冷材２７０Ｃの圧力Ｐ３は、温度域Ｔ３において、ヘリウムガスの比熱のピークが含まれるような圧力、すなわち、比熱がＦ３に示すような温度変化曲線を示す圧力ＰＣに選定される。これにより、第３の容器２６５Ｃ内の蓄冷材２７０Ｃとして、高い比熱を有し、良好な蓄冷機能を有する圧力のヘリウムガスを選定することができる。
【０１０７】
その結果、蓄冷器２００の温度変化幅ＴＣ〜ＴＢの全範囲にわたって、良好な蓄熱性能を有する蓄冷材を配置することが可能となる。
【０１０８】
なお、前述の操作において、温度域Ｔ１、Ｔ２、およびＴ３が広くなればなる程、選定されるヘリウムガス圧力の選択肢は、広くなる。すなわち、「比熱が最大となるようなヘリウムガス圧力」という用語は、単一の圧力を表す概念ではなく、圧力のある範囲を表す概念である。従って、実際には、蓄冷材２７０Ａの圧力Ｐ１として、「比熱が最大となるようなヘリウムガス圧力」の範囲内から、一つのヘリウムガスの圧力を選定すれば良い。同様に、蓄冷材２７０Ｂの圧力Ｐ２、および蓄冷材２７０Ｃの圧力Ｐ３として、「比熱が最大となるようなヘリウムガス圧力」の範囲内から、一つのヘリウムガスの圧力を選定すれば良い。
【０１０９】
ここで、第１の容器２６５Ａの晒される最小温度ＴＡと、第３の容器２６５Ｃが晒される最高温度ＴＦの範囲（すなわち温度ＴＡ〜ＴＦ）を温度範囲ＴＰ１としたとき、蓄冷材１７０Ｃの圧力Ｐ３として選定した圧力（例えば圧力ＰＣ）における比熱の温度変化曲線（例えばＦ３）は、蓄冷材１７０Ａの圧力Ｐ１として選定した圧力（例えば圧力ＰＡ）における比熱の温度変化曲線（例えばＦ１）と、温度範囲ＴＰ１において交差するように選定することが好ましい。
【０１１０】
また、第２の容器１６５Ｂの晒される最高温度ＴＤと、第３の容器１６５Ｃが晒される最低温度ＴＥの範囲（すなわち温度ＴＤ〜ＴＥ）を温度範囲ＴＰ２としたとき、蓄冷材１７０Ｂの圧力Ｐ２として選定した圧力（例えば圧力ＰＢ）における比熱の温度変化曲線（例えばＦ２）は、蓄冷材１７０Ｃの圧力Ｐ３として選定した圧力（例えば圧力ＰＣ）における比熱の温度変化曲線（例えばＦ３）と、温度範囲ＴＰ２において交差するように選定することが好ましい。
【０１１１】
例えば、図１０の例では、圧力ＰＡにおける比熱の温度変化曲線Ｆ１は、温度ＴＡ（ＴＦ）において、圧力ＰＣにおける比熱の温度変化曲線Ｆ３と点Ｃ１において交差している。また、圧力ＰＢにおける比熱の温度変化曲線Ｆ２は、温度ＴＤ（ＴＥ）において、圧力ＰＣにおける比熱の温度変化曲線Ｆ３と点Ｃ２において交差している。
【０１１２】
これにより、蓄冷材の比熱の温度変化の影響をより確実に抑制することが可能になる。
【０１１３】
特に、第２の構成では、前述の第１の構成に比べて、各容器に収容された蓄冷材は、その容器が晒される温度域において、より大きな比熱を有する圧力を有する。従って、第２の構成では、蓄冷材の比熱の温度変化の影響がより小さくなり、より安定な蓄冷性能を有する蓄冷器を構成することが可能となる。
【０１１４】
なお以上の記載からも明らかなように、蓄冷材を収容する容器の数は、２つ以上であれば、特に限られない。特に、容器の数が多くなればなる程、これらの容器に収容される蓄冷材の圧力を、容器の晒される温度域に合わせて細かく変化させることができる。従って、容器の数が多くなればなる程、蓄冷材の比熱が温度変化の影響を受けにくくなり、より安定に蓄冷性能を維持することの可能な蓄冷器を構成することができる。
【０１１５】
なお、蓄冷器２００を、図２に示したＧＭ冷凍機１の第２ディスプレーサ５２に設置することを想定した場合、第１の容器２６５Ａは、約６Ｋ以上の温度域に配置し、蓄冷材２７０Ａの圧力Ｐ１を０．８ＭＰａ以上、３．５ＭＰａ以下にすることが好ましく、１．５ＭＰａ以上、２．２ＭＰａ以下にすることがより好ましい。また、第３の容器２６５Ｃは、約４Ｋ〜約１０Ｋの温度域に配置し、蓄冷材２７０Ｃの圧力Ｐ２を０．８ＭＰａ〜２．２ＭＰａにすることが好ましく、０．８ＭＰａ以上、１．５ＭＰａ以下にすることがより好ましい。さらに、第２の容器２６５Ｂは、約１０Ｋ以下の温度域に配置し、蓄冷材２７０Ｂの圧力Ｐ２を、０．１ＭＰａ以上、２．２ＭＰａ以下にすることが好ましく、０．４ＭＰａ以上、１．５ＭＰａ以下にすることがより好ましい。
【０１１６】
（第３の構成）
図１１には、本発明によるヘリウム冷却式の蓄冷器のさらに別の一例を概略的に示す。
【０１１７】
図１１に示すように、蓄冷器３００は、第１の作動ガス流路３６８と、第２の作動ガス流路３６９とを有する。また、蓄冷器３００は、その内部に、仕切り部材３１０によって仕切られた、第１の区画３６５Ａおよび第２の区画３６５Ｂを有する。
【０１１８】
仕切り部材３１０は、２つの区画を分離するとともに、後述する伝熱性カプセル３２０Ａ、３２０Ｂが相互に混合することを防止する役割を有する。仕切り部材３１０は、例えば、金網等の部材で構成される。
【０１１９】
第１の区画３６５Ａは、蓄冷器３００の高温側（図１１の例では、蓄冷器３００の上側）に設けられ、第２の区画３６５Ｂは、蓄冷器３００の低温側（図１１の例では、蓄冷器３００の下側）に設けられる。第１の区画３６５Ａには、複数の伝熱性カプセル３２０Ａが収容されており、伝熱性カプセル３２０Ａの存在しない領域には、空間部３７５Ａが形成される。第２の区画３６５Ｂには、複数の伝熱性カプセル３２０Ｂが収容されており、伝熱性カプセル３２０Ｂの存在しない領域には、空間部３７５Ｂが形成される。
【０１２０】
伝熱性カプセル３２０Ａは、内部に蓄冷材３７０Ａとしてのヘリウムガスが充填されている。蓄冷材３７０Ａの圧力は、Ｐ１である。伝熱性カプセル３２０Ｂは、内部に蓄冷材３７０Ｂとしてのヘリウムガスが充填されている。蓄冷材３７０Ｂの圧力は、Ｐ２であり、Ｐ１＞Ｐ２である。
【０１２１】
伝熱性カプセル３２０Ａ、３２０Ｂは、例えば、銅もしくは銅合金、またはステンレス鋼等で構成されても良い。伝熱性カプセル３２０Ａ、３２０Ｂの厚さは、例えば、０．０５ｍｍ〜２ｍｍの範囲であり、例えば１ｍｍであっても良い。伝熱性カプセル３２０Ａ、３２０Ｂの形状は、特に限られず、例えば球または扁平球のような形状であっても良い。図１１の例では、伝熱性カプセル３２０Ａ、３２０Ｂは、球形であり、直径は、例えば、０．１ｍｍ〜２ｍｍの範囲である。なお、各伝熱性カプセル３２０Ａの形状および寸法等は、同一であっても異なっていても良い。同様に、各伝熱性カプセル３２０Ｂの形状および寸法等は、同一であっても異なっていても良い。
【０１２２】
空間部３７５Ａおよび３７５Ｂには、第１の作動ガス流路３６８および第２の作動ガス流路３６９を通る作動ガスが流通する。従って、仕切り部材３１０は、そのような作動ガスが両空間部３７５Ａおよび３７５Ｂに流通できるような貫通部を有する。
【０１２３】
ここで、蓄冷材３７０Ａの圧力Ｐ１および蓄冷材３７０Ｂの圧力Ｐ２は、それらの蓄冷材の収容される伝熱性カプセル３２０Ａ、３２０Ｂが晒される温度域において、ヘリウムガスの比熱が大きくなるような範囲から選定される。
【０１２４】
なお、圧力Ｐ１および圧力Ｐ２の選定方法は、前述の通りである。
【０１２５】
このように構成された蓄冷器３００においても、前述のような本発明による効果が得られることは、当業者には明らかであろう。
【０１２６】
なお、この構成においても、蓄冷器３００内を温度勾配方向に沿って３つ以上の区画に分割し、各区画に配置される伝熱性カプセル内の蓄冷材圧力を調整することにより、蓄冷材の温度変化による比熱の低下の影響をさらに抑制した蓄冷器を得ることができる。
【０１２７】
（第４の構成）
図１２には、本発明によるヘリウム冷却式の蓄冷器のさらに別の一例を概略的に示す。
【０１２８】
図１２に示すように、蓄冷器４００は、第１の作動ガス流路４６８と、第２の作動ガス流路４６９とを有する。また、蓄冷器４００は、その内部に、仕切り部材４１０Ｂによって仕切られた、第１の区画４６５Ａおよび第２の区画４６５Ｂを有する。
【０１２９】
第１の区画４６５Ａは、蓄冷器４００の高温側（図１２の例では、蓄冷器４００の上側）に設けられ、第２の区画４６５Ｂは、蓄冷器４００の低温側（図１２の例では、蓄冷器４００の下側）に設けられる。第１の区画４６５Ａには、複数の中空管４７５Ａがフランジ４１０Ａおよび仕切り部材４１０Ｂに支持された状態で配列されており、中空管４７５Ａの存在しない領域は、蓄冷材４７０Ａとなるヘリウムガスの収容部４２０Ａが形成される。中空管４７５Ａ内には、作動ガスが流通する。従って、第１の作動ガス流路４６８は、中空管４７５Ａの内部と連通されている。
【０１３０】
第２の区画４６５Ｂには、複数の中空管４７５Ｂがフランジ４１０Ｃおよび仕切り部材４１０Ｂに支持された状態で配列されており、中空管４７５Ｂの存在しない領域には、蓄冷材４７０Ｂとなるヘリウムガスの収容部４２０Ｂが形成される。中空管４７５Ｂ内には、作動ガスが流通する。従って、第２の作動ガス流路４６９は、中空管４７５Ｂの内部と連通されている。
【０１３１】
中空管４７５Ａ、４７５Ｂは、例えば、銅もしくは銅合金、またはステンレス鋼等で構成されても良い。中空管４７５Ａ、４７５Ｂの形状は、管状であれば特に限られず、例えば円管または楕円管のような形状であっても良い。なお、各中空管４７５Ａの形状および寸法等は、同一であっても異なっていても良い。同様に、各中空管４７５Ｂの形状および寸法等は、同一であっても異なっていても良い。
【０１３２】
仕切り部材４１０Ｂは、中空管４７５Ａと中空管４７５Ｂの間の連通路を提供する役割を有する。また、仕切り部材４１０Ｂは、収容部４２０Ａに収容された蓄冷材４７０Ａと、収容部４２０Ｂに収容された蓄冷材４７０Ｂとが混合しないようにする役割を有する。なお、作動ガスと、蓄冷材４７０Ａ、４７０Ｂは、中空管４７５Ａ、４７５Ｂおよびフランジ４１０Ａ、４１０Ｃによって仕切られている。
【０１３３】
高圧の作動ガスは、第１の作動ガス流路４６８を通り、蓄冷器４００内に導入される。次に、作動ガスは、第１の区画４６５Ａにおいて、複数の中空管４７５Ａの内部を通り、仕切り部材４１０Ｂの内部に形成された連通路を通る。さらに、作動ガスは、第２の区画４６５Ｂに設けられた複数の中空管４７５Ｂの内部を通った後、第２の作動ガス流路４６９を通り、蓄冷器４００から排出される。
【０１３４】
一方、低圧の作動ガスは、その逆の流れにより、蓄冷器４００内に導入され、蓄冷器４００から排出される。
【０１３５】
収容部４２０Ａに収容された蓄冷材４７０Ａは、圧力がＰ１であり、収容部４２０Ｂに収容された蓄冷材４７０Ｂは、圧力がＰ２であり、Ｐ１＞Ｐ２である。
【０１３６】
ここで、蓄冷材４７０Ａの圧力Ｐ１および蓄冷材４７０Ｂの圧力Ｐ２は、それらの蓄冷材が収容される収容部４２０Ａ、４２０Ｂが晒される温度域において、ヘリウムガスの比熱が大きくなるような範囲から選定される。
【０１３７】
圧力Ｐ１および圧力Ｐ２の選定方法は、前述の通りであり、ここではこれ以上説明しない。
【０１３８】
このように構成された蓄冷器４００においても、前述のような本発明による効果が得られることは、当業者には明らかであろう。
【０１３９】
なお、この構成においても、蓄冷器４００内を温度勾配方向に沿って３つ以上の区画４６５Ａ、４６５Ｂ、４６５Ｃ．．．に分割し、各区画に形成される収容部４２０Ａ、４２０Ｂ、４２０Ｃ．．．内の蓄冷材４７０Ａ、４７０Ｂ、４７０Ｃ．．．の圧力を調整することにより、蓄冷材の温度変化による比熱の低下の影響がさらに抑制された蓄冷器を得ることができる。
【０１４０】
（第５の構成）
図１３には、本発明によるヘリウム冷却式の蓄冷器のさらに別の一例を概略的に示す。
【０１４１】
図１３に示すように、蓄冷器５００は、前述の図１２に示した蓄冷器４００と同様の構成を有する。従って、図１３において、図１２に示した部材と同様の部材には、図１２に示した参照符号に１００を加えた符号が付されている。
【０１４２】
ただし、この蓄冷器５００は、図１２に示した蓄冷器４００とは異なり、さらに、第１の蓄冷材用配管５３０および第２の蓄冷材用配管５４０を有する。
【０１４３】
第１の蓄冷材用配管５３０は、一端が、高温側の第１の区画５６５Ａに設けられた収容部５２０Ａに接続されている。図には示していないが、第１の蓄冷材用配管５３０の他端は、高圧ヘリウムガス源５３１に接続されている。
【０１４４】
第２の蓄冷材用配管５４０は、一端が、低温側の第２の区画５６５Ｂに設けられた収容部５２０Ｂに接続されている。図には示していないが、第２の蓄冷材用配管５４０の他端は、低圧ヘリウムガス源５４１に接続されている。
【０１４５】
ここで、「ヘリウムガス源」とは、ヘリウムガスおよび／または液体ヘリウムが貯蔵されているいかなる部位をも含む概念であることに留意する必要がある。例えば、蓄冷器がＧＭ冷凍機の蓄冷管に使用される場合、「ヘリウム源」は、作動ガスを供給排気する圧縮機であっても良い。また、蓄冷器がパルスチューブ冷凍機の蓄冷管に使用される場合、「ヘリウム源」は、作動ガスを供給排気する圧縮機、および／またはパルス管に接続されたバッファタンク等であっても良い。
【０１４６】
蓄冷材５７０Ａと蓄冷材５７０Ｂは、仕切り部材５１０Ｂによって相互に仕切られており、混合することはない。また、作動ガスと、蓄冷材５７０Ａ、５７０Ｂは、中空管５７５Ａ、５７５Ｂおよびフランジ５１０Ａ、５１０Ｃによって相互に仕切られているため、混合することはない。
【０１４７】
ここで、図１２に示した蓄冷器４００では、各収容部４２０Ａ、４２０Ｂに、蓄冷材が予め収容されている。これに対して、図１３に示した蓄冷器５００では、第１の区画５６５Ａの収容部５２０Ａに収容される蓄冷材５７０Ａは、蓄冷器の作動中に、高圧ヘリウムガス源５３１から、第１の蓄冷材用配管５３０を介して供給される。また、第２の区画５６５Ｂの収容部５２０Ｂに収容される蓄冷材５７０Ｂは、蓄冷器の作動中に、低圧ヘリウムガス源５４１から、第２の蓄冷材用配管５４０を介して供給される。
【０１４８】
従って、例えば、高圧ヘリウムガス源５３１から第１の区画５６５Ａの収容部５２０Ａに供給されるヘリウムガスの圧力が、蓄冷器５００の作動中にＰ１となるように設定しておき、低圧ヘリウムガス源５４１から第２の区画５６５Ｂの収容部５２０Ｂに供給されるヘリウムガスの圧力が、蓄冷器５００の作動中にＰ２となるように設定しておくことにより、前述のような本発明による効果が得られる。なお、圧力Ｐ１、Ｐ２は、前述の操作によって定められる。
【０１４９】
（第６の構成）
図１４には、本発明によるヘリウム冷却式の蓄冷器のさらに別の一例を概略的に示す。
【０１５０】
図１４に示すように、蓄冷器６００は、前述の図１３に示した蓄冷器５００と同様の構成を有する。従って、図１４において、図１３に示した部材と同様の部材には、図１３に示した参照符号に１００を加えた符号が付されている。
【０１５１】
ここで、蓄冷器６００は、さらに、第１の区画６６５Ａと第２の区画６６５Ｂの間に、第３の区画６６５Ｃを有する。第３の区画６６５Ｃは、蓄冷器６００の中温度側に設けられる。第３の区画６６５Ｃは、高温側の第１の区画６６５Ａとは、仕切り部材６１０Ｂにより仕切られ、低温側の第２の区画６６５Ｂとは、仕切り部材６１０Ｃにより仕切られている。
【０１５２】
第３の区画６６５Ｃには、複数の中空管６７５Ｃが仕切り部材６１０Ｂおよび仕切り部材６１０Ｃに支持された状態で配列されており、中空管６７５Ｃの存在しない領域は、蓄冷材６７０Ｃとなるヘリウムガスの収容部６２０Ｃが形成される。中空管６７５Ａ内には、作動ガスが流通する。仕切り部材６１０Ｂは、中空管６７５Ａの内部と中空管６７５Ｃの内部を連通させる役割を有し、仕切り部材６１０Ｃは、中空管６７５Ｃの内部と中空管６７５Ｂの内部を連通させる役割を有する。
【０１５３】
また、第３の区画６６５Ｃには、第３の蓄冷材用配管６３５の一端が接続され、第３の蓄冷材用配管６３５は、収容部６２０Ｃと連通される。図には示していないが、第３の蓄冷材用配管６３５の他端は、中間圧のヘリウムガス源６３６に接続されている。
【０１５４】
第３の区画６６５Ｃの収容部６２０Ｃに収容される蓄冷材６７０Ｃは、蓄冷器６００の作動中に、中間圧ヘリウムガス源６３６から、第３の蓄冷材用配管６３５を介して供給される。
【０１５５】
高圧ヘリウムガス源６３１から第１の区画６６５Ａの収容部６２０Ａに供給されるヘリウムガスの圧力は、蓄冷器６００の作動中にＰ１となるように設定され、低圧ヘリウムガス源６４１から第２の区画６６５Ｂの収容部６２０Ｂに供給されるヘリウムガスの圧力は、蓄冷器６００の作動中にＰ２となるように設定され、中間圧ヘリウムガス源６３６から第３の区画６６５Ｃの収容部６２０Ｃに供給されるヘリウムガスの圧力は、蓄冷器６００の作動中にＰ３となるように設定される。なお、圧力Ｐ１、Ｐ２およびＰ３は、前述の操作によって定められる。
【０１５６】
このような蓄冷器６００では、図１３に示した蓄冷器５００に比べて、より蓄冷性能が安定した蓄冷器が得られる。
【０１５７】
以上の説明では、蓄冷器内において、蓄冷材が圧力の異なるヘリウムガスのみで構成される場合を例に、本発明の構成およびその効果について説明した。しかしながら、本発明において、蓄冷器は、複数の蓄冷材で構成されても良い。例えば、一つの蓄冷器において、最高温側では、ＨｏＣｕ２磁性材料を使用し、最低温側では、ＧｄＯ２Ｓ２のような磁性材料を使用しても良い。この場合、中間温度域に、前述のような複数の収容空間に圧力の異なるヘリウムガスが収容された蓄冷器部分が配置され、蓄冷器全体が構成されることになる。
【０１５８】
（本発明による蓄冷器を有する冷凍機）
本発明による蓄冷器は、ＧＭ冷凍機やパルスチューブ冷凍機など、各種蓄冷式冷凍機に適用することができる。そこで次に、本発明をパルスチューブ冷凍機に適用した例について、簡単に説明する。
【０１５９】
（パルスチューブ冷凍機１）
図１５には、本発明による蓄冷器を有するパルスチューブ冷凍機の一構成例を概略的に示す。
【０１６０】
図１５に示すように、このパルスチューブ冷凍機７００は、２段式のパルスチューブ冷凍機である。
【０１６１】
パルスチューブ冷凍機７００は、圧縮機７１２、第１段および第２段の蓄冷管７４０、７８０、第１段および第２段パルス管７５０、７９０、第１および第２の配管７５６、７８６、オリフィス７６０、７６１、ならびに開閉バルブＶ１〜Ｖ６等を備える。
【０１６２】
第１段蓄冷管７４０は、高温端７４２および低温端７４４を有し、第２段蓄冷管７８０は、高温端７４４（第１段の低温端７４４に相当）および低温端７８４を有する。第１段パルス管７５０は、高温端７５２および低温端７５４を有し、第２段パルス管７９０は、高温端７９２および低温端７９４を有する。第１段および第２段のパルス管７５０、７９０の各高温端７５２、７９２および低温端７５４、７９４には、熱交換器が設置されている。第１段蓄冷管７４０の低温端７４４は、第１の配管７５６を介して、第１段パルス管７５０の低温端７５４と接続される。また、第２段蓄冷管７８０の低温端７８４は、第２の配管７８６を介して、第２段パルス管７９０の低温端７９４と接続される。
【０１６３】
圧縮機７１２の高圧側（吐出側）の冷媒用流路は、Ａ点で、３方向に分岐されており、第１〜第３の冷媒供給路Ｈ１〜Ｈ３が構成される。第１の冷媒供給路Ｈ１は、圧縮機７１２の高圧側〜開閉バルブＶ１が設置された第１の高圧側配管７１５Ａ〜共通配管７２０〜第１段の蓄冷管７４０で構成される。第２の冷媒供給路Ｈ２は、圧縮機７１２の高圧側〜開閉バルブＶ３が接続された第２の高圧側配管７２５Ａ〜オリフィス７６０が設置された共通配管７３０〜第１段パルス管７５０で構成される。第３の冷媒供給路Ｈ３は、圧縮機２１２の高圧側〜開閉バルブＶ５が接続された第３の高圧側配管７３５Ａ〜オリフィス７６１が設置された共通配管７９９〜第２段パルス管７９０で構成される。
【０１６４】
一方、圧縮機７１２の低圧側（吸込側）の冷媒用流路は、第１〜第３の冷媒回収路Ｌ１〜Ｌ３の、３方向に分岐されている。第１の冷媒回収路Ｌ１は、第１段の蓄冷管７４０〜共通配管７２０〜開閉バルブＶ２が設置された第１の低圧側配管７１５Ｂ〜Ｂ点〜圧縮機７１２の経路で構成される。第２の冷媒回収路Ｌ２は、第１段パルス管７５０〜オリフィス７６０が設置された共通配管７３０〜開閉バルブＶ４が設置された第２の低圧側配管７２５Ｂ〜Ｂ点〜圧縮機７１２の経路で構成される。第３の冷媒回収路Ｌ３は、第２段パルス管７９０〜オリフィス７６１が設置された共通配管７９９〜開閉バルブＶ６が設置された第３の低圧側配管７３５Ｂ〜Ｂ点〜圧縮機７１２の経路で構成される。
【０１６５】
なお、このような構成のパルスチューブ冷凍機７００の一般的な動作方法は、当業者には明らかであるため、ここでは説明しない。
【０１６６】
ここで、第２段蓄冷管７８０は、前述のような特徴を有する本発明の蓄冷器７８１を備えている。例えば、蓄冷器７８１が図５に示すような蓄冷器１００であると仮定すると、この場合、低温側の第２の容器１６５Ｂが晒される温度は、例えば約４Ｋ〜約６Ｋ程度であり、高温側の第１の容器１６５Ａが晒される温度は、例えば約６Ｋ〜約８Ｋ程度である。また、圧力Ｐ２は、例えば約０．４ＭＰａ以下であり、圧力Ｐ１は、約０．４ＭＰａ〜約０．８ＭＰａ程度である。
【０１６７】
このような構成の場合、パルスチューブ冷凍機７００の作動中、第２段蓄冷管７８０中の蓄冷器７８１において、蓄冷材の比熱の温度による変化が有意に抑制される。そのため、パルスチューブ冷凍機７００の第２段蓄冷管７８０において、安定な蓄冷性能を維持することが可能となる。
【０１６８】
（パルスチューブ冷凍機２）
図１６には、本発明による蓄冷器を有するパルスチューブ冷凍機の別の構成例を概略的に示す。
【０１６９】
図１６に示すように、このパルスチューブ冷凍機８００は、前述のパルスチューブ冷凍機７００とほぼ同様の構成を有する。従って、パルスチューブ冷凍機８００において、図１５に示したパルスチューブ冷凍機７００と同様の部材には、図１５と同様の参照符号が付されている。
【０１７０】
ただし、このパルスチューブ冷凍機８００は、さらに、第１の蓄冷材用配管８３０と、第２の蓄冷材用配管８４０とを有する。第１の蓄冷材用配管８３０には、オリフィスのような流路抵抗８１０が設置されている。ただし、この流路抵抗８１０は、省略しても良い。
【０１７１】
第１の蓄冷材用配管８３０は、一端が圧縮機７１２の高圧側に設置され、他端が第２段蓄冷管７８０内の蓄冷器７８１に接続されている。より詳しくは、第１の蓄冷材用配管８３０の他端は、蓄冷器７８１の高温側の第１の区画５６５Ａに設けられた圧力がＰ１の蓄冷材の収容部５２０Ａに接続されている。一方、第２の蓄冷材用配管８４０は、一端が圧縮機７１２の低圧側に設置され、他端が第２段蓄冷管７８０内の蓄冷器７８１に接続されている。より詳しくは、第２の蓄冷材用配管８４０の他端は、蓄冷器７８１の低温側の第２の区画５６５Ｂに設けられた圧力がＰ２の蓄冷材の収容部５２０Ｂに接続されている。
【０１７２】
この場合、蓄冷器７８１は、前述の図１３に示した蓄冷器５００と同様の構成となり、「高圧ヘリウムガス源」および「低圧ヘリウムガス源」は、それぞれ、圧縮機７１２の高圧側（供給側）および低圧側（回収側）に相当する。
【０１７３】
このような構成のパルスチューブ冷凍機８００においても、第２段蓄冷管７８０中の蓄冷器７８１において、蓄冷材の比熱の温度による変化が有意に抑制される。そのため、パルスチューブ冷凍機８００の第２段蓄冷管７８０において、安定な蓄冷性能を維持することが可能となる。
【０１７４】
なお、図には示していないが、第１の蓄冷材用配管８３０は、いずれかの箇所に、コントロールバルブおよび圧力測定手段を有しても良い。この場合、圧力測定手段によって測定された第１の蓄冷材用配管８３０内の圧力値に基づいて、コントロールバルブの開度を調節することにより、第１の蓄冷材用配管８３０内の高圧ヘリウムガスの圧力を、所望の値に調整することが可能となる。これに加えて、またはこれとは別に、第２の蓄冷材用配管８４０は、いずれかの箇所に、コントロールバルブおよび圧力測定手段を有しても良い。これにより、第２の蓄冷材用配管８４０内においても、低圧ヘリウムガスの圧力を、所望の値に調整することが可能となる。
【０１７５】
ここで、通常の圧縮機７１２は、内部に圧力開放用のバイパスバルブを備えている。従って、パルスチューブ冷凍機８００の停止の際に、蓄冷器７８０の第１の区画５６５Ａの収容部５２０Ａおよび第１の蓄冷材用配管８３０内が高圧となっている場合、圧縮機７１２内では、このバイパスバルブが作動して、高圧側から低圧側に蓄冷材が流れるようになる。このため、本発明による構成において、蓄冷器７８０において、高圧の蓄冷材を開放するための新たな部材は、特に必要ではない。
【０１７６】
（パルスチューブ冷凍機３）
図１７には、本発明による蓄冷器を有するパルスチューブ冷凍機の別の構成例を概略的に示す。
【０１７７】
図１７に示すように、このパルスチューブ冷凍機９００は、図１５に示したパルスチューブ冷凍機７００とほぼ同様の構成を有する。従って、パルスチューブ冷凍機９００において、図１５に示したパルスチューブ冷凍機７００と同様の部材には、図１５と同様の参照符号が付されている。
【０１７８】
ただし、このパルスチューブ冷凍機９００は、さらに、バッファタンク９６６と、第１の蓄冷材用配管９３０と、第２の蓄冷材用配管９４０とを有する。
【０１７９】
バッファタンク９６６は、オリフィス９６４を備える配管９６２を介して、第１段パルス管７３０の高温端７３２に接続される。
【０１８０】
第１の蓄冷材用配管９３０は、一端が圧縮機７１２の高圧側に設置され、他端が第２段蓄冷管７８０内の蓄冷器７８１に接続されている。より詳しくは、第１の蓄冷材用配管９３０の他端は、蓄冷器７８１の高温側の第１の区画５６５Ａに設けられた圧力がＰ１の蓄冷材の収容部５２０Ａに接続されている。一方、第２の蓄冷材用配管９４０は、一端がバッファタンク９６６に接続され、他端が第２段蓄冷管７８０内の蓄冷器７８１に接続されている。より詳しくは、第２の蓄冷材用配管９４０の他端は、蓄冷器７８１の低温側の第２の区画５６５Ｂに設けられた圧力がＰ２の蓄冷材の収容部５２０Ｂに接続されている。
【０１８１】
この場合、蓄冷器７８１は、前述の図１３に示した蓄冷器５００と同様の構成となり、「高圧ヘリウムガス源」および「低圧ヘリウムガス源」は、それぞれ、圧縮機７１２の高圧側（供給側）およびバッファタンク９６６に相当する。
【０１８２】
このような構成のパルスチューブ冷凍機９００においても、前述のような本発明による効果が得られることは、当業者には明らかである。
【０１８３】
（パルスチューブ冷凍機４）
図１８には、本発明による蓄冷器を有するパルスチューブ冷凍機の別の構成例を概略的に示す。
【０１８４】
図１８に示すように、このパルスチューブ冷凍機１０００は、図１５に示したパルスチューブ冷凍機７００とほぼ同様の構成を有する。従って、パルスチューブ冷凍機１０００において、図１５に示したパルスチューブ冷凍機７００と同様の部材には、図１５と同様の参照符号が付されている。
【０１８５】
ただし、このパルスチューブ冷凍機１０００は、さらに、バッファタンク９６６と、第１の蓄冷材用配管１０３０と、第２の蓄冷材用配管１０４０と、第３の蓄冷材用配管１０３５とを有する。
【０１８６】
バッファタンク９６６は、オリフィス９６４を備える配管９６２を介して、第１段パルス管７３０の高温端７５２に接続される。
【０１８７】
第１の蓄冷材用配管１０３０は、一端が圧縮機７１２の高圧側に設置され、他端が第２段蓄冷管７８０内の蓄冷器７８１に接続されている。より詳しくは、第１の蓄冷材用配管１０３０の他端は、蓄冷器７８１の高温側の第１の区画６６５Ａに設けられた圧力がＰ１の蓄冷材の収容部６２０Ａに接続されている。一方、第２の蓄冷材用配管１０４０は、一端が圧縮機７１２の低圧側に設置され、他端が第２段蓄冷管７８０内の蓄冷器７８１に接続されている。より詳しくは、第２の蓄冷材用配管１０４０の他端は、蓄冷器７８１の低温側の第２の区画６６５Ｂに設けられた圧力がＰ２の蓄冷材の収容部６２０Ｂに接続されている。同様に、第３の蓄冷材用配管１０３５は、一端がバッファタンク９６６に接続され、他端が第２段蓄冷管７８０内の蓄冷器７８１に接続されている。より詳しくは、第３の蓄冷材用配管１０３５の他端は、蓄冷器７８１の中間温度側の第３の区画６６５Ｃに設けられた圧力がＰ３の蓄冷材の収容部６２０Ｃに接続されている。
【０１８８】
この場合、蓄冷器７８１は、前述の図１４に示した蓄冷器６００と同様の構成となり、「高圧ヘリウムガス源」、「低圧ヘリウムガス源」および「中間圧のヘリウムガス源」は、それぞれ、圧縮機７１２の高圧側（供給側）、圧縮機７１２の低圧側（回収側）、およびバッファタンク９６６に相当する。
【０１８９】
このような構成のパルスチューブ冷凍機１０００においても、前述のような本発明による効果が得られることは、当業者には明らかである。
【０１９０】
以上、本発明による蓄冷器を備えるパルスチューブ冷凍機の一例について説明した。しかしながら、本発明によるパルスチューブ冷凍機がこのような構成に限られるものではないことは、当業者には明らかである。例えば、図１７の構成では、「高圧ヘリウムガス源」は、圧縮機７１２の高圧側となっており、「低圧ヘリウムガス源」は、バッファタンク９６６となっている。しかしながら、「高圧ヘリウムガス源」は、バッファタンク９６６であり、「低圧ヘリウムガス源」は、圧縮機７１２の低圧側であっても良い。
【０１９１】
（本発明によるＧＭ冷凍機）
本発明は、ＧＭ冷凍機にも適用することができる。
【０１９２】
図１９には、本発明による蓄冷器を有するＧＭ冷凍機の一構成例を概略的に示す。
【０１９３】
図１９に示すように、このＧＭ冷凍機１１００は、図２に示した従来のＧＭ冷凍機１とほぼ同様の構成を有する。従って、本発明のＧＭ冷凍機１１００において、図２に示したＧＭ冷凍機１と同様の部材には、図２と同様の参照符号が付されている。
【０１９４】
ただし、このＧＭ冷凍機１１００は、第２段シリンダ５１内に軸方向に往復運動可能に設けられた第２段ディスプレーサ５２の構成が、前述のＧＭ冷凍機１とは異なっている。
【０１９５】
すなわち、ＧＭ冷凍機１１００において、第２段ディスプレーサ５２内には、第２段蓄冷器６０の代わりに、第２段蓄冷器１１６０が設置されている。
【０１９６】
第２段蓄冷器１１６０は、上下に区画された２つの空間１１６１および１１６２を有する。第１の空間１１６１は、第２段シール５９および中間シール１１４３により、作動ガスの流れる第１段膨脹室３１、および第２の空間１１６２とシールされている。また、第２の空間１１６２は、中間シール１１４３および下側シール１１４５により、第１の空間１１６１、および作動ガスの流れる第２段膨脹室５５とシールされている。
【０１９７】
また、第２段シリンダ５１には、第１の流通路１１７０−１および第２の流通路１１７５−１が形成されており、第２段ディスプレーサ５２には、第３の流通路１１７０−２および第４の流通路１１７５−２が形成されている。
【０１９８】
ここで、第２段蓄冷器１１６０は、第１の空間１１６１に配置された配管１１２１、および第２の空間１１６２に配置され、配管１１２１と流体連通する配管１１２２を有する。このため、第１段膨脹室３１に流入した作動ガスは、配管１１２１を介して第１の空間１１６１内を流れ、配管１１２２を介して第２の空間１１６２内を流れ、その後、第２段ディスプレーサ５２の底部に設けられた流通路１１２３を介して、第２段膨脹室５５に流通される（あるいはその逆向きに流通される）。
【０１９９】
一方、圧縮機３からの高圧配管には、分岐管１１８０が接続されており、分岐管１１８０は、第１の配管１１８１ａおよび第２の配管１１８１ｂを有する。第１の配管１１８１ａは、第２段シリンダ５１の第１の流通路１１７０−１に接続されており、第２の配管１１８１ｂは、第２段シリンダ５１の第２の流通路１１７５−１に接続されている。従って、圧縮機３からの蓄冷材は、配管１１８１ａを通り、第２段シリンダ５１の第１の流通路１１７０−１から、第２段ディスプレーサ５２に設けられた第３の流通路１１７０−２を介して、第２段蓄冷器１１６０の第１の空間１１６１に流入することができる。同様に、圧縮機３からの蓄冷材は、配管１１８１ｂを通り、第２段シリンダ５１の第２の流通路１１７５−１から、第２段ディスプレーサ５２に設けられた第４の流通路１１７５−２を介して、第２段蓄冷器１１６０の第２の空間１１６２に流入することができる。
【０２００】
このような構成のＧＭ冷凍機１１００においても、前述のような本発明による効果が得られることは、当業者には明らかである。
【産業上の利用可能性】
【０２０１】
本発明は、ＧＭ冷凍機およびパルスチューブ冷凍機などの蓄冷式冷凍機に適用することができる。【０２０２】
本願は、２０１０年３月１９日に出願した日本国特許出願２０１０−０６５０３８号に基づく優先権を主張するものであり、同日本国出願の全内容を本願の参照により援用する。
【符号の説明】
【０２０３】
１        ＧＭ冷凍機
３        ガス圧縮機
５、６    バルブ
７        配管
８        駆動モータ
１０      コールドヘッド
１２      フランジ
１５      第１段冷却部
２０      第１段シリンダ
２２      第１段ディスプレーサ
２３ａ    高温端
２３ｂ    低温端
３０      第１段蓄冷器
３１      第１段膨張室
３５      第１段冷却ステージ
３９      第１段シール
４０−１  流通路
４０−２  流通路
４０−３  流通路
５０      第２段冷却部
５１      第２段シリンダ
５２      第２段ディスプレーサ
５３ａ    高温端
５３ｂ    低温端
５４−２  流通路
５５      第２段膨張室
５９      第２段シール
６０      第２段蓄冷器
６０Ａ    従来のヘリウム冷却式の蓄冷器
６２      カプセル
６５      空間
６８      第１の作動ガス流路
６９      第２の作動ガス流路
８５      第２段冷却ステージ
１００    本発明による蓄冷器
１１０    高温側
１２０    低温側
１６５Ａ  第１の容器
１６５Ｂ  第２の容器
１６８    第１の作動ガス流路
１６９    第２の作動ガス流路
１７０Ａ、１７０Ｂ  蓄冷材
１７５    空間部
２００    本発明による蓄冷器
２１０    高温側
２２０    低温側
２３０    中間温度側
２６５Ａ  第１の容器
２６５Ｂ  第２の容器
２６５Ｃ  第３の容器
２６８    第１の作動ガス流路
２６９    第２の作動ガス流路
２７０Ａ、２７０Ｂ、２７０Ｃ  蓄冷材
２７５    空間部
３００    本発明による蓄冷器
３１０    仕切り部材
３２０Ａ、３２０Ｂ  伝熱性カプセル
３６５Ａ  第１の区画
３６５Ｂ  第２の区画
３６８    第１の作動ガス流路
３６９    第２の作動ガス流路
３７０Ａ、３７０Ｂ  蓄冷材
３７５Ａ、３７５Ｂ  空間部
４００    本発明による蓄冷器
４１０Ａ  フランジ
４１０Ｂ  仕切り部材
４１０Ｃ  フランジ
４２０Ａ、４２０Ｂ  収容部
４６５Ａ  第１の区画
４６５Ｂ  第２の区画
４６８    第１の作動ガス流路
４６９    第２の作動ガス流路
４７０Ａ、４７０Ｂ  蓄冷材
４７５Ａ、４７５Ｂ  中空管
５００    蓄冷器
５１０Ｂ  仕切り部材
５２０Ａ、５２０Ｂ  収容部
５３０    第１の蓄冷材用配管
５３１    高圧ヘリウムガス源
５４０    第２の蓄冷材用配管
５４１    低圧ヘリウムガス源
５６５Ａ  第１の区画
５６５Ｂ  第２の区画
６００    蓄冷器
６１０Ｂ  仕切り部材
６１０Ｃ  仕切り部材
６２０Ｃ  収容部
６３５    第３の蓄冷材用配管
６３６    中間圧のヘリウムガス源
６６５Ａ  第１の区画
６６５Ｂ  第２の区画
６６５Ｃ  第３の区画
６７０Ｃ  蓄冷材
６７５Ｃ  中空管
７００    パルスチューブ冷凍機
７１２    圧縮機
７１５Ａ  第１の高圧側配管
７１５Ｂ  第１の低圧側配管
７２０    共通配管
７２５Ａ  第２の高圧側配管
７２５Ｂ  第２の低圧側配管
７３０    共通配管
７３５Ａ  第３の高圧側配管
７３５Ｂ  第３の低圧側配管
７４０    第１段蓄冷管
７４２    第１段蓄冷管の高温端
７４４    第１段蓄冷管の低温端
７５０    第１段パルス管
７５２    第１段パルス管の高温端
７５４    第１段パルス管の低温端
７５６    第１の配管
７６０、７６１  オリフィス
７８０    第２段蓄冷管
７８１    蓄冷器
７８４    第２段蓄冷管の低温端
７８６    第２の配管
７９０    第２段パルス管
７９２    第２段パルス管の高温端
７９４    第２段パルス管の低温端
７９９    共通配管
８００    パルスチューブ冷凍機
８１０    流路抵抗
８３０    第１の蓄冷材用配管
８４０    第２の蓄冷材用配管
９００    パルスチューブ冷凍機
９３０    第１の蓄冷材用配管
９４０    第２の蓄冷材用配管
９６２    配管
９６４    オリフィス
９６６    バッファタンク
１０００  パルスチューブ冷凍機
１０３０  第１の蓄冷材用配管
１０３５  第３の蓄冷材用配管
１０４０  第２の蓄冷材用配管
１１００  本発明によるＧＭ冷凍機
１１２１、１１２２  配管
１１２３  流通路
１１４３  中間シール
１１４５  下側シール
１１６０  第２段蓄冷器
１１６１  第１の空間
１１６２  第２の空間
１１７０−１  第１の流通路
１１７０−２  第３の流通路
１１７５−１  第２の流通路
１１７５−２  第４の流通路
１１８０  分岐管
１１８１ａ  第１の配管
１１８１ｂ  第２の配管
Ｈ１〜Ｈ３  第１〜第３の冷媒供給路
Ｌ１〜Ｌ３  第１〜第３の冷媒回収路
Ｖ１〜Ｖ６  開閉バルブ。
【図１】
2011115200.tif 000003
【図２】
2011115200.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011115200.tif 000009
【図８】
2011115200.tif 000010
【図９】
2011115200.tif 000011
【図１０】
2011115200.tif 000012
【図１１】
2011115200.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2011115200.tif 000015
【図１４】
2011115200.tif 000016
【図１５】
2011115200.tif 000017
【図１６】
2011115200.tif 000018
【図１７】
2011115200.tif 000019
【図１８】
2011115200.tif 000020
【図１９】
2011115200.tif 000021
【国際調査報告】
2011115200.tif 000022
2011115200.tif 000023
2011115200.tif 000024
2011115200.tif 000025
2011115200.tif 000026
2011115200.tif 000027